1. Emília HRONCOVÁ Juraj LADOMERSKÝ Jaroslava BEDNÁŘOVÁ
ANALÝZA  RÔZNYCH VARIANTOV ENERGETICKÉHO VYUŽITIA ODPADOV NA REGIONÁLNEJ ÚROVNI
Emília HRONCOVÁ
Juraj LADOMERSKÝ
Jaroslava BEDNÁŘOVÁ
Fakulta prírodných vied
UNIVERZITA MATEJA BELA V BANSKEJ BYSTRICI
Tajovského 40, Banská Bystrica, Slovenská republika
tel.:  
fax.:  
Katedra životného prostredia

2. veľmi dôležitou súčasťou nakladania s O.
ÚVOD
Slovensko
len malá časť energie sa zabezpečuje tým, že sa využíva energetický potenciál O
Vyspelé krajiny sveta
mimoriadna pozornosť problematike „odpady na energiu – waste to energy“ (WtE)
Možnosti a princípy využívania energetického potenciálu O sú z hľadiska rizík pre životné prostredie
veľmi dôležitou súčasťou nakladania s O.
Schválená metodika EÚ určuje postup rozhodovania o spaľovni O.

3. CELKOVÁ ENERGETICKÁ ÚČINNOSŤ ZARIADENIA
Spaľovňa odpadov alebo zariadenie na energetické zhodnocovanie odpadov ?
CELKOVÁ ENERGETICKÁ ÚČINNOSŤ ZARIADENIA
rozhoduje o tom
či spaľovacie zariadenie na odpad je
spaľovňou odpadov
zariadením na energetické zhodnocovanie
˂ 0,65
≥ 0,65
WtE resp. WTE teda Waste to Energy
Bilancujú sa všetky energetické vstupy do spaľovne odpadov
(energetický vstup vo forme odpadov, prídavných palív, elektrickej energie) a energetické výstupy elektrickej energie a tepla, predávané do komunálnej a priemyselnej sféry.
NOVÉ ZARIADENIA platí kritérium podiel výstupu k vstupu energie ≥ 0,65

4. Cieľom navrhnúť poskytnúť
optimálne riešenie energetického využitia komunálneho odpadu pre vybraný modelový región v Slovenskej republike
poskytnúť
dôležité informácie na úvahy o voľbe konkrétneho riešenia a realizácie spaľovne odpadov

5. Analýza rôznych variantov riešenia energetického využitia odpadov vo vybranom regióne SR
Vybraný región  producentom významného množstva O z hľadiska dopravných sietí, potenciál pre výstavbu a prevádzku modreného centra na zhodnocovanie a zneškodňovanie O
Termické spôsoby zhodnocovania (alebo nakladania) s odpadom
 všetky techniky  pri ktorých sa pôsobí na O takou teplotou, kt. je nad medzou ich tepelnej stability.
Uvedené technológie - potrebné hodnotiť nielen veľkosťou teploty, ale aj ďalšími podmienkami, charakterizujúcimi prostredie, v ktorom sa samotný termický proces uskutočňuje.
 vždy dochádza k chemickým zmenám pôvodného zloženia O  termochemickej konverzie tuhých O alebo palív
 pyrolýza
 splynovanie
 spaľovanie

6. PYROLÝZA
termická úprava O bez prístupu O2  pyrolýzny plyn
 pyrolýzny olej
 tuhý pyrolýzny zvyšok
Prebieha v  pyrolýznych komorách
 fluidných peciach
 rotačných peciach
Realizované pyrolýzne jednotky  vlastne dvojstupňové spaľovne odpadov
pyrolýzny a oxidačný stupeň
Doteraz realizovaných veľmi málo pyrolýznych postupov na komunálny O v porovnaní s počtom realizácií spaľovní O
napr. BABCOCK-Pyrolyse, pyrolýza KWU – SIEMENS a i.

7. Takéto jednotky by vyžadovali kvalitné triedenie odpadov.
PYROLÝZA
Menej spoľahlivá možnosť 
vybudovať sériu menších pyrolýznych jednotiek
vyvíjané v súčasnosti najmä v Maďarsku, Poľsku a Čechách
Produkty
 pyrolýzny plyn – plynový kogeneračný motor na výrobu EE a tepla
krakovaný pyrolýzny olej – hlavný produkt - mohol by sa využívať v dieselových motoroch
Využitie týchto malých jednotiek na energetické zhodnocovanie komunálnych O  principiálne veľmi výhodné - mohli by sa realizovať napr. v každom väčšom meste - z hľadiska právnej úpravy ochrany ovzdušia nie je možné
Zariadenia – neboli overené na energetické zhodnocovanie zmesového komunálneho O a aj principiálne je dosť ťažké si predstaviť spôsob regulácie procesu pri nehomogénnej a často sa meniacej skladbe odpadov.
Takéto jednotky by vyžadovali kvalitné triedenie odpadov.

8. SPLYNOVANIE
konverzia tuhej látky splynovacími reakciami na syntézny plyn, ktorý sa využíva energeticky buď priamo spaľovaním alebo po čistení a preprave plynovým potrubím na mieste
Príklady
TERMISKA Processer s cirkulujúcou fluidnou vrstvou a parciálnou oxidáciou vzduchom,
PROLER rotačná pec s parciálnou oxidáciou kyslíkom
SilvaGas s cirkulujúcou fluidnou vrstvou a splynovaním vodnou parou.
Tieto postupy sa osvedčili hlavne pri splynovaní paliva vyrobeného z odpadov.
Prevádzkové meradlo – realizácia niekoľkých splynovacích jednotiek
PKA na zmesový odpad
HTV VOEST ALPINE dlhodobo vyvíjané vysokoteplotné splynovanie O sa nepodarilo uviesť do trvalej prevádzky v Európe
THERMOSELECT kombinácia pyrolýzy a splynovania v Európe neúspešné
Údajne v Japonsku malo byť v prevádzke sedem takýchto zariadení.

9. SPAĽOVANIE
termická oxidácia s celým komplexom dejov a reakcií, ktoré zahŕňajú pyrolýzu, splynovanie, heterogénne a homogénne reakcie a nakoniec oxidáciu plynných termodegradačných a iných reakčných medziproduktov O

10. Súčasný stav techniky na energetické zhodnocovanie odpadov a vplyvov na životné prostredie
Technika spaľovania je plne automatizovaná a monitorovaná.
Zo zásobníka odpadov sa odsáva vzduch a vedie do spaľovacej časti ako spaľovací vzduch, takže zo spaľovne odpadov sa nešíri nijaký zápach.
Spaliny zo spaľovania odpadov sa čistia v zložitých viacstupňových systémoch čistenia spalín, takže z komína vystupuje vlastne takmer čistá vodná pary v zmesi s dusíkom a kyslíkom.
Na emisie zo spaľovní O sú kladené také prísne požiadavky, ktoré by asi nesplnilo nijaké spaľovacie zariadenie okrem zariadenia na spaľovanie zemného plynu.
Monitorovanie prevádzky spaľovne odpadov a emisií je tak dôkladné ako v jadrovej elektrárni.
Nijaká iná výroba nie je takto monitorovaná. Priebeh monitorovania a okamžité hodnoty emisií sú dostupné úradom životného prostredia a všetkým občanom na dostupnom mieste.

11. Využívanie produktov spaľovania
Súčasné spaľovne O sa snažia využívať všetky svoje
Hlavné produkty
Vedľajšie tuhé produkty
vysokoteplotná para
škvara alebo troska a popolček
využíva sa na
podľa svojej kvality sa využívajú buď
výrobu elektrickej energie
pri stavebných úpravách
na rôzne zásypy
zvyšok tepla predá do komunálnej a priemyselnej sféry.
výstavbe ciest
výrobu umelého kameniva
Súčasné spaľovne odpadov sa snažia využívať všetky svoje hlavné a vedľajšie produkty. Hlavný produkt vo forme vysokoteplotnej pary sa využíva na výrobu elektrickej energie a zvyšok tepla predávať do komunálnej a priemyselnej sféry. Zo škvary po separovaní sa odstraňujú kovy, ktoré sa predávajú hutníckym kombinátom. Ak by tieto kovy boli s komunálnym a iným odpadom vyvezené na skládky odpadov, boli by navždy ako neobnoviteľná surovina stratené. Vedľajšie tuhé produkty – škvara alebo troska a popolček sa podľa svojej kvality využívajú buď pri stavebných úpravách, na rôzne zásypy, výstavbe ciest alebo na výrobu umelého kameniva. Popolček, niekedy aj po premytí má využitie pri výrobe betónu a v stavebníctve (steny, deky).
Popolček pri výrobe betónu a v stavebníctve (steny, a i.).
Škvara po separovaní sa odstraňujú kovy predávajú hutníckym kombinátom
Ak by tieto kovy boli s komunálnym a iným odpadom vyvezené na skládky odpadov, boli by navždy ako neobnoviteľná surovina stratené.

12. Obavy verejnosti zo spaľovní odpadov
ktorá bola doslova strašená dioxínmi postupne utíchajú novými a novými poznatkami
Napr. spaľovňa odpadov vo Frankfurte nad Mohanom,
pri ktorej vyrástlo sídlisko,
prekračovala koncentrácie dioxínov pred jej rekonštrukciou
(do konca 20. storočia) asi 70 krát, napriek tomu fungovala.
Stará londýnska spaľovňa odpadov
za 100 rokov svojej prevádzky
vyprodukovala také množstvo dioxínov
ako jeden londýnsky ohňostroj na prelome milénia.
Súčasné spaľovne odpadov sú schopné dodržiavať veľmi nízke hodnoty koncentrácie dioxínov, takmer na úrovní medze stanoviteľnosti.
Spaľovne odpadov
sú nie producentmi dioxínov,
ale naopak sú deštruktormi dioxínov,
ktoré sú prítomné v odpadoch.
Ročná bilancia dioxínov na modernej
spaľovni O ukazuje, že do spaľovne
prichádza minimálne 10 krát viac dioxínov
ako z nej vystupuje.

13. Spaľovanie uhlia ≥ 5 MW 50 – 100 MW Spaľovanie odpadov
Znečisťujúca látka [mg.m-3]
Spaľovanie uhlia
≥ 5 MW
50 – 100 MW
Spaľovanie odpadov
Účinnosť spaľovania
Nie je požiadavka 1)
TZL 20
10/302
SO2
700
400
50/200
NOx
300
200/400 CO
150
250
100/150
TOC 50
10/20
HCl
10/60 HF
2/4
Cd + Tl
Spolu 0,05 Hg
0,05
Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V
Spolu 0,5
PCDD + PCDF [ng TEQ.m-3]
0,1
1) Spaľovňa odpadov sa musí prevádzkovať s takou účinnosťou spaľovania, aby obsah TOC vo zvyškovej škvare a spodnom popole z pece bol < 3 % alebo spáliteľný podiel vyjadrený ako strata žíhaním bol < 5 % suchej hmotnosti spálených odpadov.
2) Polhodinové priemery pre spaľovne odpadov: 97% hodnôt musí byť nižších ako hodnota v čitateli a všetky hodnoty musia byť nižšie ako hodnota v menovateli.

14. Meranie a monitorovanie emisií
TZL, SO2, CO
Raz za 6 rokov, alebo kontinuálne pri prekročení 10 násobku limitného hmotnostného toku
Raz za 3 roky, alebo kontinuálne pri prekročení 10 násobku limitného hmotnostného toku
Kontinuálne meranie
TOC
Nemeria sa
HCl HF
Cd + Tl
Každé 3 mesiace v prvom roku prevádzky spaľovne, potom každých 6 mesiacov Hg
Raz za rok
dtto
Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V
dioxiny

15. Výstavba zariadení na energetické zhodnocovanie odpadov vo svete
SPAĽOVŇA ODPADOV
vo svete trend
moderná a umelecky stvárnená stavba
uvádza sa ako 1 2
elektráreň alebo tepláreň na odpad
Osaka – Japonsko
Viedeň – Rakúsko
a najnovšie ako 3
zariadenie na energetické zhodnocovanie odpadov
Frankfurt nad Mohanom – Nemecko
Roskilde – Dánsko

16. Vývoj produkcie odpadov vhodných na energetické zhodnocovanie v Žilinskom kraji
Bilancia vybraných druhov odpadov a ich spôsob zneškodňovania v Žilinskom kraji v roku 2013
Kategória odpadu
Zhodnocovanie
Skládkovanie
Spaľovanie
bez ener. využitia
Zneškod.
ostatné
Iný spôsob
nakladania
Spolu
Mater.
Energ.
Ostat.
tony 20
18958
9783
168132 14
749
197636
20 01
15343
4703
231
310
20600
20 02
2996
4180
1768
8944
323
244
150379
432
151378
20 Komunálne odpady (odpady z domácností a podobné odpady z obchodu, priemyslu a inštitúcií) vrátane ich zložiek zo separovaného zberu
Separovane zbierané zložky komunálnych odpadov (okrem 15 01)
Odpady zo záhrad a z parkov (vrátane odpadu z cintorínov)
Zmesový komunálny odpad

17. Vývoj nakladania s komunálnym odpadom (20) v Žilinskom kraji
Bilancovaný rok
Zhodnocovanie
Skládkovanie
Spaľovanie
bez ener. využitia
Zneškod.
ostatné
Iný spôsob
nakladania
Spolu
Mater.
Energ.
Ostat.
tony
2005
2852 4
139
188253
6857
198104
2006
5655 6
191596
8376
205633
2007
9263
187970
12716
209955
2008
15284 11 7
196630
6346
218278
2009
14363 21
199401
296
7224
221316
2010
17572 16
769
210890 3
494
229743
2011
19876
3180
190574 2 73
926
214634
2012
27681
346
184678 81 29
212815
2013
18958
9783
168132 14
749
197636

18. Hrubý trend materiálového zhodnocovania komunálnych odpadov v Žilinskom kraji

19. Vývoj nakladania so zmesovým komunálnym odpadom (20 03 01) v Žilinskom kraji
Bilancovaný rok
Zhodnocovanie
Skládkovanie
Spaľovanie
bez ener. využitia
Zneškod.
ostatné
Iný spôsob
nakladania
Spolu
Mater.
Energ.
Ostat.
tony
2005
153158
507
153665
2006
155073
299
155372
2007
154462 32
154494
2008
157613
477
158090
2009 1
158491
2481
160973
2010
203
160536
160
160899
2011 36
1241
157036
271
158584
2012 2
156990
156992
2013
323
244
150379
432
151378

20. Odhad vývoja nakladania s komunálnym odpadom 1
MATERIÁLOVÉ
ZHODNOCOVANIE
ENERGETICKÉ
ZHODNOCOVANIE
SKLÁDKOVANIE
komunálnych odpadov v Žilinskom kraji je
veľmi nízke
v r len niečo cez 13 %
nulové
vysoký podiel
takmer 87 %
Veľmi nepriaznivá situácia z hľadiska požiadaviek EÚ neskládkovať biologický rozložiteľný odpad.

21. Odhad vývoja nakladania s komunálnym odpadom 2
Ak by sa teoreticky nejakými obrovskými investíciami
podarilo zvyšovať pravidelne každý rok
v priebehu 10 rokov
podiel materiálového zhodnocovania odpadov o t pre spaľovňu stále ostane k dispozícii okolo 100 000 t komunálnych odpadov ročne
Ak by sa mala splniť smernica o neskládkovaní biologických odpadov
na 35 % (do r. 2020) terajšej produkcie
(reálne bilancie porovnávaného roku 1995 podľa požiadavky smernice EÚ)
potom teoreticky by bolo k dispozícii pre spaľovňu
140 000 ton komunálnych odpadov ročne.

22. Reálna odhadnuteľná situácia z podielu komunálneho odpadu na spaľovanie
Reálna situácia s podielom spaľovaných O na Slovensku bude asi trochu iná,
pretože z ekonomických dôvodov bude snaha minimalizovať odvoz O do spaľovne.
Z našich vlastných bilancií nakladania s O v regiónoch so spaľovňou O vyplýva, že hlavný podiel spaľovaných O predstavuje zmesový komunálny O (skupina ).
Príklad Košického kraja, poukazuje
že zo vzniknutých zmesových komunálnych O
nie je momentálne tlak spaľovať viac než približne jednu tretinu.
K množstvu spaľovaných zmesových O
treba pripočítať asi 15 % iných O kategórie ostatné.
Z toho vyplýva empirická rovnica minimálnej
ročnej bilancie spaľovaných O v krajoch Slovenska :
Mp = 0,33*1,15*Mvz
Mp – minimálne potenciálne množstvo energeticky zhodnocovaných odpadov
Mvz – množstvo vzniknutých zmesových odpadov (skupina )

23. Kapacita predpokladaného zariadenia na energetické zhodnocovanie a možné riešenie v Žilinskom kraji
Najnižšia možná dostupnosť O na spaľovanie a minimálna kapacita spaľovne pre Žilinský kraj
Mp = 0,33*1,15* = t.r-1
Pre porovnanie uvedieme príklad Libereckého kraja,
kde sa viac dbá na zhodnocovanie odpadov:
viac než 50 % zmesového komunálneho odpadu spaľované
a okrem toho okolo 20 % iných odpadov.
Pretože pre zmesový komunálny odpad
nie je nijaká možnosť zhodnocovania, javí sa nám, že aj v prípade Žilinského kraja
by bolo reálne počítať pre kapacitu spaľovne s týmto množstvom odpadov:
Mp = 0,5*1,15* = t.r-1
Ak by vývoj nakladania s odpadom v Žilinskom kraji smeroval rovnakým smerom ako v Libereckom, potom minimálne túto kapacitu zariadenia na energetické zhodnocovanie odpadov by bolo potrebné realizovať.

24. ZÁVER
V SR najrozšírenejší spôsob nakladania s O skládkovanie a spaľuje sa menej než 10 % vyprodukovaného odpadu.
Vo vyspelých európskych krajinách sa energeticky využíva viac než 30 % komunálnych odpadov.
V poslednej zverejnenej bilancii (r. 2013) bolo v modelovom regióne SR pre návrh WtE zariadenia vyprodukovaných skoro 200 000 ton komunálnych O a z tohto množstva bolo viac ako 160 000 ton uložených na skládky O.
Takmer všetok zmesový komunálny O v modelovom regióne SR sa skládkuje, skládkuje sa dokonca významný podiel O zo záhrad a parkov. Teoreticky je k dispozícii pre spaľovňu O takmer 168 tis. t komunálneho O len z modelového regiónu.

25. Podľa prognóz OH sa síce dá predpokladať, že sa bude zvyšovať podiel materiálového zhodnocovania O a podiel skládkovaných O sa začne znižovať. Avšak naďalej bude stúpať celková produkcia O a pre energetické zhodnocovanie O budú k dispozícii aj ďalšie kategórie alebo druhy poľnohospodárskych a priemyselných O.
Boli analyzované rôzne možnosti získavania energie z O. Jednoznačne prevažujúcim spôsobom získavania energie z odpadov je spaľovanie. Dlhodobou snahou je rozvinúť a zaviesť splynovanie a pyrolýzu ako metódy termického zhodnocovania odpadov, ale zatiaľ len s limitovaným úspechom, alebo pyrolýzu v prvom stupni s následným spaľovaním v druhom stupni.
Spoľahlivosť pyrolýznych alebo splynovacích jednotiek na zmesový komunálny odpad sa v európskych podmienkach zatiaľ dlhodobo nepreukazuje. Preto neodporúčame v modelovom regióne experimentovať s realizáciou pyrolýznej alebo splynovacej jednotky, hoci na tieto systémy sú ponuky viacerých európskych dodávateľov.

26. Na základe analógie odporúčame pre modelový región vybudovať zariadenie WTE o kapacite minimálne 90 000 t zmesového komunálneho odpadu ročne. Toto zariadenie by produkovalo energiu minimálne 585 TJ.r-1 vo forme vysokoteplotnej pary.
Hoci dnes je vo svete dosť časté riešenia zriaďovať zariadenia WTE priamo v mestách, nakoľko sú technicky na takej vysokej úrovni, že majú zanedbateľný vplyv na kvalitu ovzdušia v mestách, všeobecne na Slovensku podľa doterajších skúsenosti neodporúčame voliť tento postup lokalizácie. Odporúčame dodržať aspoň minimálnu odstupovú vzdialenosť od okraja mesta (napr. 300 m).
Na výstavbu spaľovne odpadov resp. zariadenia WTE pre modelový región navrhujeme modernú ale overenú techniku, ktorá bude spĺňať kritériá BAT.

27. ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ Táto práca bola podporovaná
Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV
„Návrh a realizácia pilotnej retorty so zníženými emisiami na výrobu biouhlia pre marginálne zóny a overovacie aplikácie“ a
Agentúrou KEGA projekt č. 035UMB-4/2015
„Environmentálne manažérstvo vo výrobnej sfére“.
ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ
Technical University in Zvolen
Faculty of Ecology and Environmental Sciences
Department of Environmental Engineering
T. G. Masaryka 24, Zvolen
Matej Bel University Banská Bystrica
Faculty of Natural Sciences
Department of Environmental Management
Tajovského 40,